Lubrificantes ATF Automotivos

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Fluidos ATF para veículos comerciais

I - Introdução Este artigo visa explanar e conceituar a utilização de fluidos ATF (Automatic Transmission Fluids ) em veículos comerciais (Ônibus Urbano ). Com esta aplicação severa, inúmeros fatores podem influenciar a economia de combustível neste segmento e isso inclui também a dirigibilidade. Veículos automáticos possuem um compromisso estreito com o conforto e segurança na operação, mas não estão isentos de instruções especiais de condução que podem afetar sobremaneira as grandezas físicas de energia despendida e relação de consumo de combustível. O escalonamento de marchas, aliado à lubrificação de alta eficiência de categoria ATF, pode trazer resultados finais bem atrativos ao proprietário de frota e finalmente ao usuário final ou passageiro. Condições de fabricação e manufatura que conferem excelentes acabamentos superficiais das partes metálicas, aliados ao projeto com requisitos de macro e micro geometria dos componentes, agregam enorme condição favorável aos níveis de ruído e confiabilidade do equipamento (Ônibus). A evolução dos lubrificantes e suas normas ambientais vigentes contribuem para uma redução significativa dos teores de poluição por queima de combustíveis fósseis (Diesel). Com esta tecnologia de fluidos, a concordância com folgas estreitas e acabamentos superficiais de baixíssima rugosidade, são elementos fundamentais no resultado final do veículo operando em condições urbanas pesadas e com lotação máxima. A extensão dos períodos de troca de lubrificantes para o trem de força (Motor, Transmissão e Eixo traseiro) é alvo dos fabricantes de aditivos, que tem como motor desta evolução, o cenário ambiental (menor descarte de produtos não degradáveis e menores riscos de contaminação de mananciais e solo). Na busca de diminuir o atrito metálico e viscoso e aumentar a eficiência energética do equipamento, os lubrificantes do Powertrain (motor) apresentam-se cada vez mais finos (classificação SAE multi-viscoso e.g. 10W30). Com esta premissa, a questão de filtragem de particulados torna-se também mandatória e importantíssima para um excelente resultado final em consumo de combustível, rendimento do motor, e descarte de poluentes na atmosfera. As novas tecnologias de fabricação de lubrificantes sintéticos assumem papel fundamental na busca da excelência da mobilidade, com todos os requisitos já citados. Como fortes referências desta tendência podemos citar as vertentes das tecnologias ‘Neutron Beams’ e ‘Nanotecnologia’. Com dados de pesquisa e de campo, este trabalho tem intenção de ser utilizado como um guia para o raciocínio sobre as questões de eficiência energética voltada ao segmento automobilístico, em especial para veículos comerciais de vocação urbanos pesados (Ônibus).



II - Evolução tecnológica das transmissões automoti vas

1950

Motores mecânicos – Semi/Automática – 3 marchas

1961

2 marchas – Primeira automática

1978

4 marchas automática – 1 retardador

1998

4/5 marchas automática – Motor elétrico – 5 programas 1 retardador CVT

2006

5/6 marchas automática – Motor Euro III – 20 programas 1 retardador ATF Sintético DCT

2009

6 marchas automática – Motor Euro V / VI – 100 programas 2 retardador Híbrida

DEXRON I

MERCON M2C-33/AB

DEXRON II

MERCON M2C-33/F

DEXRON II D

MERCON M2C-33/G

DEXRON III

MERCON V

DEXRON VI

MERCON SP

DEXRON VI

MERCON LV



III – Tecnologias de fabricação

Com o intuito de reduzir o custo com a manutenção de freios e pneus, as tecnologias de transmissões para veículos comerciais evoluíram para que a frenagem tivesse um aliado eficiente ‘o Retardador ’, ou ‘Freio Hidrodinâmico ’. Desta maneira o condutor pode manter uma redução de velocidade segura e confortável, pois é gradativa à velocidade de rolagem do veículo e sofre acréscimo de redução do estágio secundário para o primário, como se pode ver no gráfico abaixo. O uso do conversor como recurso para frenagem não é ideal já que acrescenta uma temperatura de operação acima dos limites máximos permitidos para a transmissão e fluido lubrificante.

Nas cidades e trechos interurbanos o conforto de engate e ruído do trem de força são variáveis fundamentais a controlar e reduzir os valores de intensidade. Neste sentido os fabricantes OEM´s desenvolveram o conjunto planetário com engrenagens helicoidais , o que permite um maior grau de recobrimento oblíquo e, portanto menor ruído de engrenamento e conforto ao usuário.

Em função de ter um fator de recobrimento maior, também é mais exigida a lubrificação. Neste caso a resistência da película ao cisalhamento é o requisito fundamental (FZG 12). A fabricação das engrenagens também sofreu modificações geométricas e de acabamento superficial, fatores que contribuem para a redução do ruído e da capacidade de transmissão de potência.

Para se ter uma idéia de grandeza, a variável de rugosidade (Ra) corresponde a 0,6 a 0,9 micrometros para processos de usinagem convencionais. Quando se fala em transmissões automáticas, não significa dispensar a qualidade do condutor, haja vista que a dirigibilidade controlada também é sujeita a erros de aceleração, causando aumento consumo de combustível e desgaste prematuro dos componentes metálicos. Com fluidos sintéticos e combustíveis aditivados, a condução treinada pode obter até 6% de economia de combustível em relação aos sistemas convencionais e mecânicos.

Engrenagens helicoidais Condutor controla somente pela aceleração



. IV – Evolução dos Lubrificantes

Os dois fabricantes OEM´s de transmissões automáticas, General Motors e Ford , patentearam as classes de lubrificantes ATF DEXRON e MERCON, respectivamente. A tecnologia de lubrificantes evoluiu para que a redução de atrito metálico chegasse a valores mínimos e assim contribuindo significativamente para a redução do consumo de combustível e aumento da eficiência energética. Um teste padronizado de coeficiente de atrito em flancos de dentes de engrenagens pode revelar tanto a taxa de variação em função da temperatura de operação quanto à diferença entre as diversas bases mineral e sintética.

Os lubrificantes prescritos nos manuais dos veículos comerciais atendem as normas de desempenho das montadoras e também as normas ambientais, por isso a extensão dos intervalos de troca torna-se predominante nos lubrificantes sintéticos. Para as classificações de máximo desempenho, pode-se atingir 1.000.000 Km com apenas 3 trocas de óleo lubrificante na transmissão. Na direção da economia de combustível, os lubrificantes tiveram sua evolução no tocante à Viscosidade e Resistência ao Cisalhamento. Assim, pode-se ter máxima eficiência energética com baixa viscosidade, redução de atrito metálico e maximização do rendimento do trem de força e transmissão (Powertrain e Driveline). Visualize abaixo esta escala de evolução dos lubrificantes e dos players envolvidos neste caminho de máximo desempenho:



Ainda na direção da redução do consumo podemos visualizar como ficam as classificações de desempenho SAE (p.ex.: 10W40): Uma lubrificação balanceada do trem de força e transmissão pode atingir de 3% a 4% de redução de consumo de combustível . Isso é possível devido ao baixo coeficiente de atrito ocasionado pela interação dos lubrificantes de bases sintéticas com aditivação especial para máximo desempenho. Há quatro décadas os lubrificantes vêm evoluindo de encontro com as tendências da modernidade, em se transportar cada vez mais carga e em tempos cada vez menores. Isso faz com que o equipamento venha a trabalhar nos limites máximos de fadiga e temperatura. Estas duas grandezas físicas é que definem a classificação de desempenho dos lubrificantes, de modo a se produzir marcas com resistência crescente a altas temperaturas de operação. Abaixo se pode constatar esta evolução importante para a adequação dos lubrificantes à severidade de uso da atualidade: V – Mecânica dos Fluidos e Sistemas de transmissão Dentro do regime laminar de trabalho, os lubrificantes atuam reduzindo o atrito metálico e principalmente mantendo a temperatura de operação. No caso dos

Lubrificantes ATF, há um compromisso complementar na redução da temperatura de operação, uma vez que a responsabilidade do lubrificante é aumentada pelos requisitos de conforto de engate (engate suave e redução de vibrações), controle de formação de espuma, comutação das marchas através do pacote de lamelas, e fluxo bidirecional para o funcionamento do conversor de torque e retardador ou freio hidrodinâmico. A purificação do lubrificante é assunto primordial para a classe ATF (ISO4406) e deve ter controle periódico de acordo com o período de rodagem estabelecido (ideal a cada 30.000 Km para transmissão e motor). Os níveis de particulado de Ferro, Alumínio e Cobre são os principais a serem controlados pelo sistema de filtragem, sendo que o Ferro tem é temporal e os demais valores com limite máximo em função de cada equipamento e rota de trabalho. Na exigência de torque em aclive, a resistência de película é exigida para a condição de lubrificação limítrofe (Ensaio KRL). No contra-torque ou frenagem, a exigência de anti-espuma assume o papel fundamental em função do turbilhonamento dos fluidos no retardador (freio hidrodinâmico). Este é o trabalho que exige flexibilidade do lubrificante em atender à condições extremas de fluides (atrito reduzido) e altas temperaturas de operação no uso

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dos retardadores primário e secundário (Alto índice de viscosidade). Exigência de resistência de película (uso de escalonamento de marchas) Exigência de redução da temperatura (uso de retarder) O conceito da mobilidade tende a facilitar o deslocamento dos grandes centros e regiões metropolitanas, tendo o conforto e eficiência como premissas. Deve-se pensar em um transporte rodoviário que se assemelhe a um ferroviário, na questão de suavidade de movimento a frente e frenagem, e na capacidade de carregamento tal que em uma viagem um contingente superior a duas vezes o convencional, possa ser realizado. Assim os corredores rápidos (BRT Bus Rapid transit) e os ônibus bi-articulados ganham destaque nas grandes cidades e juntamente com isso, os componentes mecânicos e fluidos em geral, passam a ter fundamental importância. Região do Paraná

VI – Futuro dos lubrificantes e combustíveis O panorama de severidade, apelo ecológico, eficiência energética e evolução dos equipamentos, será de tal magnitude que a mudança na concepção das formas de energia será a única maneira de continuar a evolução. Em uma linha do tempo, sairemos do lubrificante full synthetic para o uso de partículas cerâmicas coloidais, ou oriundas dos processos da nanotecnologia. Então novos patamares de proteção metálica e eficiência energética poderão ser alcançados e superados. Entretanto, a concepção de motor à combustão e alimentação por tanque e bomba deverá passar por uma revisão necessária, chamada células de combustível. Os OEM´s fabricantes de transmissões adotam uma das duas linhas de desenvolvimento: Ou buscar a menor viscosidade (cinemática a 100ºC) ou explorar ao máximo a relação de marchas e os programas de escalonamento de velocidades. Tanto um como o outro caminham para a máxima eficiência energética do sistema como um todo e ambos os sistemas tem importância fundamental na evolução da mobilidade. O OEM1 optou por utilizar as tecnologias de bases sintéticas e pacotes de aditivação que lhe rendam o menor coeficiente de atrito. O OEM2 optou pela estratégia de explorar o escalonamento de marchas

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de maneira a trabalhar com baixas viscosidades aliadas à uma evolução de velocidades flexível ao torque exigido. Para que ambos os sistemas possam atender às características de projeto, a alimentação de fluido é feita através de bombas hidráulicas e o conforto de engate e rendimento acabam sendo uma função variável em conta dos componentes mecânicos e hidráulicos, como visto abaixo. VII – Dados práticos, resultados e discussões Todas evoluções mostradas nos tópicos anteriores só têm um fim: a lucratividade através da eficiência energética. Em uma frota o consumo de lubrificantes representa aproximadamente 30% dos custos totais. Os derivados de petróleo e gás são oriundos de tecnologias que demandam altos investimentos e pesquisas para serem desenvolvidos e por isso tem alto valor agregado e custo significativo ao grande Frotista. Os lubrificantes e filtros acompanham esta tendência e a evolução tecnológica caminha para o uso de bases sintéticas para balancear esta equação. O Frotista deve ter visão a longo prazo ao avaliar esta questão, haja vista que o investimento inicial em sintéticos é maior que para minerais. Frota de 1800 Ônibus urbanos - LATAM

A máquina de menor eficiência é a automotiva a combustão, dentre as demais formas de energia (térmica, solar, nuclear). Entretanto é a mais largamente usada pela indústria do transporte mundialmente. Levando-se em conta que o petróleo ainda será a maior fonte de energia nas próximas duas décadas, precisaremos olhar para a questão da eficiência energética com muita responsabilidade. O quadro abaixo é um infográfico sobre o detalhamento das perdas ocorridas em um sistema automotivo à combustão (veículo comercial a diesel) e deve ser usado para se quantificar cada custo na intenção de se planejar as reduções segundo a importância de cada qual. Fonte USEPA A questão de economia de combustível é suscetível à diversos fatores, entre eles os principais: topografia da região, tecnologia utilizada, condição de treinamento de condução e qualidade dos combustíveis e lubrificantes utilizados. Um estudo global foi feito isolando-se as variáveis de ‘tecnologia dos equipamentos’ e ‘qualidade dos combustíveis e lubrificantes’ e os resultados foram bastante discrepantes, o que confirma que a topografia e dirigibilidade afetam sobremaneira a economia de combustível. Frota de 2800 Caminhões pesados - Diesel



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